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技术文章
CCUS技术 | 碳捕集/利用/封存 | 研究表征方法
点击次数：2824 发布时间：2025/2/8 9:55:29
CCUS技术 | 碳捕集/利用/封存 | 研究表征方法
CCUS（Carbon Capture, Utilization, and Storage）技术，即碳捕集、利用与封存技术，是当前应对全球气候变暖、实现二氧化碳减排的重要手段之一。该技术通过捕集工业废气或大气中的二氧化碳，经过分离、利用和封存等步骤，实现二氧化碳的减排和资源化利用。
碳捕集是CCUS技术的首要环节，主要方法包括气体吸附法和气体分离膜法。
(I)气体吸附法：利用固体吸附剂对二氧化碳的吸附作用，将二氧化碳从混合气体中分离出来。这种方法具有操作简便、适应性强等优点，是碳捕集领域的重要研究方向。
| 参考仪器 | 研究内容 |
|---|---|
| ◆ 400ppm（40Pa）CO2静态吸附 ◆ 碳捕集材料比表面积及微孔分析； ◆ 室温CO₂吸附等温线(0-1bar)； ◆ 压控升温及原位分子泵高真空活化； ◆ CO2全自动吸脱附循环寿命评价； |
Dynamic Gas/Vapor Sorption Analyzer | ◆ CO₂重量法恒压动态吸附动力学分析； ◆ CO₂恒压动态吸附脱附等温线； ◆ 全自动CO₂吸附循环寿命评价； ◆ 常压热重法动态吹扫活化效率评价； |
| ◆ 空气中低浓度CO₂吸附分离研究； ◆ 烟道气中高浓度CO2吸附分离研究； ◆ 水蒸气对CO2吸附分离的影响评价； ◆ 多组分竞争性吸附研究； ◆ PSA变压吸附研究； ◆ 从克级→公斤级装填量研究； |
(II)气体分离膜法：通过特殊设计的膜材料，使二氧化碳与其他气体在膜两侧形成浓度差，从而实现二氧化碳的分离。膜分离法具有能耗低、效率高等特点，在工业化应用中展现出巨大潜力。为了准确评价这些指标，需要借助专业的仪器设备，如用气体吸附及微孔分析仪评价材料的孔结构及吸附量，重量法气体蒸气吸附仪评价材料的吸附动力学性能，多组分竞争吸附仪评价材料的吸附分离性能，气体分离膜分析仪评价膜材料的分离性能。
| 参考仪器 | 研究内容 |
|---|---|
| ◆ 空气中低浓度CO₂吸附分离研究； ◆ 烟道气中高浓度CO2吸附分离研究； ◆ 水蒸气对CO2吸附分离的影响评价； ◆ 多组分竞争性吸附研究； ◆ PSA变压吸附研究； ◆ 从克级→公斤级装填量研究； ◆ 气体分离膜法碳捕集研究； |
碳利用是CCUS技术的关键环节之一，主要目的是将捕集的二氧化碳转化为有价值的化学原料。
常见的利用方式包括：
(I)催化转化：通过催化剂的作用，将二氧化碳转化为甲烷、甲醇、一氧化碳、甲酸等低碳化学品。这些产品广泛应用于化工、能源等领域，具有较高的经济价值。
(II)合成燃料：利用二氧化碳与氢气等原料，通过化学反应合成液体燃料或气体燃料。这种方法不仅实现了二氧化碳的减排，还缓解了能源危机。在二氧化碳催化转化过程中，催化剂的性能直接影响转化效率和产物选择性。因此，对催化剂的评价是碳利用过程的重要环节，常用化学吸附仪联用在线质谱实时监测催化剂表面的反应过程，分析产物的种类和分布，为催化剂的性能评价提供信息。
| 参考仪器 | 研究内容 |
|---|---|
BSD-C200 全自动化学吸附仪 | ◆ CO₂催化转化研究-TPSR； ◆ CO₂吸附分离材料活化性能研究 ◆ 可编程全自动程序反应； ◆ 全自动循环催化性能衰减（催化寿命）评价 |
碳封存是CCUS技术的一步，主要目的是将捕集到的二氧化碳封存在地下或海底地层中，以防止其重新释放到大气中。常见的封存方式包括：
(I)地下封存：通过高压注入技术，将二氧化碳注入地下深层地层中，如废弃的矿井、煤矿、气矿等地下床层。
(II)海底封存：将二氧化碳注入海底海床地层中，利用海水的压力和地层的封闭性实现封存。为了评估碳封存效果，需要采用专门的评价方法。高压气体吸附仪是常用的评价设备之一，它可以模拟地下的地层压力、温度和应力环境，对碳封存材料的性能进行测试。通过测试，可以评估材料在复杂环境下的碳封存能力，为碳封存技术的选择和优化提供科学依据。
| 参考仪器 | 研究内容 |
|---|---|
BSD-PHE 全自动高高压恒压气体吸附仪 | ◆ CO₂高压吸附脱附等温线； ◆ CO₂高压恒压吸附动力学研究； ◆ 不同温度、压力下的CO₂储量研究； ◆ “脱气→吸附→脱附”全自动循环寿命评价 |
BSD-PHC 覆压高压气体吸附仪 | ◆ CO₂高压吸附脱附等温线； ◆ 地层、海床的CO2封存研究； ◆ 煤芯、岩芯地层温度与应力模拟； ◆ 煤岩、页岩、天然气床层地层应力下的孔隙率； ◆ 不同地层深度温度与应力环境下的CO2存储量研究； ◆ 地层模拟深度可达5000米； ◆ 围压与轴压可独立控制； |
BSD-PAGP 全自动覆压孔隙度及超低渗透率分析仪 | ◆ CO2封存层的渗透率测试； ◆ 煤芯、岩芯地层温度与应力模拟； ◆ 地层模拟深度可达5000米； ◆ 围压与轴压可独立控制； ◆ 煤岩、页岩、天然气床层地层应力下的孔隙率； ◆ 不同地层深度温度与应力环境下的渗透率； ◆ 地层模拟深度可达5000米； ◆ 围压与轴压可独立控制； |
| ◆ 煤岩、页岩、天然气床层的无应力环境下的孔隙率；为碳封存地层的储气能力评估提供参数； ◆ 大尺寸块状岩芯直接测试； |
希望该内容能够给各科研人员提供参考，如果有关心的问题或话题，可以留言讨论，欢迎交流，批评指正。
原创作者：贝士德仪器科技（北京）有限公司
